Étude théorique des propriétés structurales, électroniques et optiques de l’oxyde d’étain par DFT

Abstract

Cette étude présente une investigation théorique des propriétés électroniques, élastiques et optiques du composé SnO2 à l’aide de la méthode des premiers principes (ab initio) basé e sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT). Les calculs ont été réalisés avec le code CASTEP en utilisant principalement l’approximation du gradient généralisé (GGA-PBE), ainsi que la correction de Hubbard (GGA+U) afin d’améliorer l’estimation de la bande interdite. Les simulations ont été effectuées sur la cellule élémentaire avec une énergie de coupure de 600 eV et un maillage de points k de 6 × 6 × 6, ainsi que sur une supercellule (2 × 2 × 1) avec une énergie de coupure de 750 eV et un maillage 3 × 3 × 4. Après optimisation géométrique, les propriétés électroniques ont été analysées à travers la structure de bandes, la densité des états (DOS) et la densité de charge électronique. Les résultats montrent que la bande interdite calculée par GGA-PBE est de 1,248 eV pour la cellule élémentaire et de 1,25 eV pour la supercellule (2 × 2 × 1). L’application de la correction GGA+U conduit à des valeurs de 3,613 eV et 3,673 eV, respectivement, en bon accord avec les données expérimentales, confirmant le caractère semiconducteur du SnO2. L’analyse de la densité des états a permis d’identifier les contributions orbitalaires dominantes, tandis que la densité de charge électronique a révélé le caractère essentiellement ionique des liaisons chimiques. Les constantes élastiques Cij indiquent que le matériau possède une bonne stabilité mécanique et une rigidité élevée. L’étude des propriétés optiques, notamment la fonction diélectrique, l’indice de réfraction, le coefficient d’absorption et la transmittance, met en évidence une forte transparence dans le domaine visible et une faible réflectivité. Ces résultats soulignent l’intérêt du SnO2 pour les applications électroniques, les électrodes transparentes conductrices et les cellules solaires